基于PIC單片機的傾角傳感器的設計

介紹傾角傳感器的工作原理，對PIC16C72與傾角傳感器的硬件接口電路及其軟件進行了設計，并且該設計已經由實驗得到驗證。

關鍵詞：PIC16C72；單片機；傾角傳感器

0 前 言

設計中的傾角傳感器是新型變質面積電容式傾角傳感器，該傾角傳感器技術是為數不多的、能夠兼有結構簡單、可靠性高、有通用傳感器集成電路等優點的傾角傳感器技術之一。在測繪儀器儀表、建筑機械、天線定位、機器人技術、坦克和艦船火炮平臺控制、飛機姿態、汽車電子控制、石油勘探、海上平臺監控等方面有廣泛應用。

圖1 傾角傳感器原理圖

1 傾角傳感器的工作原理

傾角傳感器的電路原理如圖1所示。

檢測電路由比較器A1、A2、雙穩態觸發器及電容充放電回路組成。C1、C2為可變介質面積電容式傾角傳感器，其容量大小與傾角變化成比例。雙穩態觸發器的兩個輸出端A、B作為差動脈沖寬度調制電路的輸出。設電源接通時，觸發器的A端為高電位，B端為低電位，因此A點通過R1對C1充電，直至M點的電位等于參考電壓Uf時，比較器A1產生一脈沖，觸發器翻轉，則A點呈低電位，B點呈高電位。此時M點電位經二級管D1迅速放電至零，而同時B點的高電位經R2向C2充電，當N點電位等于Uf時，比較器A2產生一脈沖，使觸發器又翻轉一次，則A點呈高電位，B點呈低電位，重復上述過程。如此周而復始，在雙穩(a)(b) 態觸發器的兩輸出端各自產生一寬度受C1、C2調制的方波脈沖。

當C1=C2時，線路上各點電壓波形如圖2（a）所示，A、B兩點間平均電壓為零。當C1≠C2時，C1和C2充放電時間常數不同，電壓波形如圖2（b）所示，A、B兩點間平均電壓不再是零。

輸出直流電壓USC由A、B兩點間電壓經低通濾波后獲得，等于A、B兩點間電壓平均值UAP和UBP之差。

式中U1——觸發器輸出高電平。

設充電電阻R1=R2=R，則得

圖5 主程序 圖6 A/D轉換子程序

4 實驗結果

按上述傾角測量原理及電路，我們制作了實際傾角測量裝置，在實際轉角測試平臺上進行了測量實驗，圖7 為傾角實際測量曲線。其中，實線表示傾角傳感器從-90°逐漸增大到+90°時的測量曲線，虛線表示從剛才的+90°逐漸返回到-90°的測量曲線。從圖中可以看出，我們設計及制作的傾角傳感器能夠實現-90°－+90°之間的傾角測量，且具有較好的線性度，但測量存在一定的回差，這主要是由于傳感器中介質的性能造成的。而且，若介質對溫度變化敏感，則傳感器的測量精度也要隨之受溫度影響。下一步的工作將尋求穩定的電容介質，提高傳感器的測量精度。

圖7 傾角實際測量曲線

參考文獻:

［1］ 竇振中.PIC系列單片機原理和程序設計［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2000.

［2］ 王有緒.PIC系列單片機接口技術與應用系統設計［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2001.

［3］ 何信龍，李雪銀.PIC16C7X入門與應用范例［M］.北京：清華大學出版社，2002.

［4］ 彭樹生.PIC單片機原理及應用［M］.北京：機械工業出版社，2002.

［5］ 王化祥，張淑英.傳感器原理及應用［M］.天津：天津大學出版社，1997